孤島工作面回采巷道支護(hù)技術(shù)研究

鄢德恒，謝鵬飛

（山西呂梁離石金暉榮泰煤業(yè)有限公司,山西 呂梁 033000）

0 引 言

我國(guó)煤炭資源被大量開(kāi)發(fā)后趨于枯竭，淺層煤炭減少，采深增大，許多地方的地質(zhì)條件不斷被破壞，對(duì)于一些礦井的開(kāi)采成為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。為了避免礦井生產(chǎn)與相鄰礦井工作面出現(xiàn)擾亂現(xiàn)象，會(huì)選擇在采區(qū)內(nèi)工作面之間采用跳采接續(xù)方式，如此就會(huì)形成至少一個(gè)沿工作面走向方向兩側(cè)均為采空區(qū)的工作面或其周邊均為采空區(qū)的工作面，這樣的工作面稱為孤島工作面[2～4]。孤島工作面的煤體支撐壓力隨著兩側(cè)工作面的采空而增大，將會(huì)影響孤島工作面圍巖的穩(wěn)定性，圍巖很可能就會(huì)出現(xiàn)變形、破碎、礦壓顯現(xiàn)劇烈等現(xiàn)象[5～7]。

1 孤島工作面概況

金暉榮泰煤業(yè)在前期回采過(guò)程中，為了減少相鄰工作面回采與掘進(jìn)同時(shí)進(jìn)行造成的擾動(dòng)，采用同采區(qū)跳采的方式布置工作面，因此導(dǎo)致10209（2）工作面南、北兩側(cè)的10201 和10207 工作面均已被采空，形成孤島工作面。

10209（2 ）孤島工作面，屬于金暉榮泰礦二采區(qū)10 號(hào)煤工作面。工作面地質(zhì)表面為黃土山、梯田等，沒(méi)有其它建筑物。工作面地面標(biāo)高980 ～1 115 m，工作面井下標(biāo)高825～913 m。

工作面可采長(zhǎng)度平均為737 m，傾向長(zhǎng)度為60 m，工作面可采面積共4 973.5 m2。工作面儲(chǔ)量圈定儲(chǔ)量24.3 萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量22.9 萬(wàn)t，回采率：96 %，按90 萬(wàn)t/a 產(chǎn)能計(jì)算，則其服務(wù)年限約為3 個(gè)月。10209（2）工作面位置示意圖如圖1 所示。

圖1 10209（2）工作面位置示意圖

2 回采巷道圍巖控制技術(shù)

2.1 支護(hù)形式

根據(jù)礦方基礎(chǔ)資料及采掘銜接計(jì)劃，10209（2）工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽擬沿著10209 工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽進(jìn)行掘進(jìn)，因此，結(jié)合10209 工作面回風(fēng)順槽支護(hù)設(shè)計(jì)報(bào)告，考慮孤島工作面回采巷道易受兩側(cè)采空區(qū)的影響，10209（2）工作面回采巷道宜采用“錨網(wǎng)+工字鋼棚”聯(lián)合支護(hù)。

2.2 支護(hù)方案

1）工作面回采巷道掘進(jìn)路徑沿10 號(hào)煤層頂?shù)装迩斑M(jìn)，巷道呈矩形斷面形式。掘進(jìn)斷面尺寸為寬4 000 mm，高3 000 mm。

2）工字鋼棚支護(hù)參數(shù)。10209 回風(fēng)順槽工字鋼棚支護(hù)的棚間距為800 mm（中- 中），棚梁與棚腿均使用11#礦壓工字鋼加工制作。

架棚規(guī)格為：棚梁全長(zhǎng)3 400 mm，上棚梁內(nèi)凈寬3 100 mm，下扎腳凈寬4 000 mm；梯形棚腿長(zhǎng)3 000 mm，凈高2800 mm，棚腿窩埋深200 mm，底部用10 mm 厚鋼板焊接鋼墊板斷面為150 mm×150 mm。每架棚腿從上向下分別在1 000 mm 和2 000 mm 位置用內(nèi)φ20 mm×40 mm 的無(wú)縫鋼管焊接，并使用φ20 mm 圓鋼拉桿兩頭彎成90°直鉤與無(wú)縫鋼管相連接。金屬梯形架棚頂部采用金屬網(wǎng)和塑料網(wǎng)，幫部采用塑料網(wǎng)；幫部用5 塊、頂部用6 塊長(zhǎng) 1 100 mm半圓木背板背實(shí)幫頂，頂部木背板間距為600 mm，幫部木背板間距為500 mm，并打設(shè)牢固的撐木。每2 架棚之間為了保證穩(wěn)定，需要放置不少于7 根撐木，從而增加架棚之間的穩(wěn)固。棚梁上放置3 根，幫部放置4 根，棚腿放置1 根，肩窩放置1 根。工作人員在固定架棚時(shí)，要保證棚梁與棚腿和圍巖之間緊密契合，不能出現(xiàn)空隙導(dǎo)致松動(dòng)，或出現(xiàn)空幫、空頂?shù)默F(xiàn)象，對(duì)于不能接幫接頂?shù)墓ぷ咒摬课唬ぷ魅藛T一定要使用木楔將工字鋼剎緊背牢，確保支護(hù)的穩(wěn)定牢固。

3）巷幫錨桿支護(hù)參數(shù)。巷道兩幫的上部，使用圓鋼錨桿進(jìn)行圍巖支護(hù)，一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，尺寸設(shè)置為φ16 mm×1 600 mm，上部錨桿與頂部的距離為400 mm。均采用2 根φ16 mm×1 600 mm 圓鋼錨桿支護(hù)，上部錨桿距頂400 mm，并且要有一定的傾角，設(shè)置為傾斜20°，錨桿間距設(shè)定為1 000 mm。排距為800 mm，每根錨桿使用CK2360 型錨固劑進(jìn)行錨固。

4）網(wǎng)片規(guī)格參數(shù)。頂板依次鋪設(shè)煤礦井下用雙向拉伸塑料網(wǎng)和金屬網(wǎng)片，其中煤礦井下用雙向拉伸塑料網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸為40 mm×40 mm，網(wǎng)片尺寸一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制作，本項(xiàng)目設(shè)定的網(wǎng)片尺寸長(zhǎng)3 000 mm，寬1 200 mm；金屬網(wǎng)片由φ6 mm 鋼筋焊接，網(wǎng)孔尺寸為100 mm×100 mm，網(wǎng)片尺寸長(zhǎng)×寬=2 100 mm×1 100 mm（網(wǎng)片尺寸也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制作），網(wǎng)片搭接100 mm，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)一道。兩側(cè)巷幫，僅鋪設(shè)煤礦井下用雙向拉伸塑料網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸40 mm×40 mm，網(wǎng)片尺寸長(zhǎng)×寬=3 000 mm×1 200 mm，網(wǎng)片搭接100 mm，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)一道。

5）其他支護(hù)材料規(guī)格參數(shù)。半圓木規(guī)格參數(shù)為R80 mm×1 100 mm。撐木規(guī)格參數(shù)為φ50 mm×800 mm。拉桿規(guī)格參數(shù)為φ20 mm×800 mm。

詳細(xì)的錨桿+網(wǎng)+工字鋼架棚支護(hù)材料參數(shù)見(jiàn)表1，巷道支護(hù)斷面如圖2- 圖4 所示。

圖4 巷道支護(hù)斷面俯視圖

表1 “錨網(wǎng)+工字鋼棚”聯(lián)合支護(hù)材料參數(shù)

圖2 巷道支護(hù)斷正視面

3 孤島工作面補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施

3.1 工作面兩端頭補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施

兩端頭支護(hù)聯(lián)合鉸接梁?jiǎn)误w支柱進(jìn)行支護(hù)，采用“一梁兩柱”，鉸接梁支設(shè)與巷道平行，運(yùn)輸順槽鉸接梁與外幫間距0.8 m，回順鉸接梁距外幫1.75 m，最小支柱初撐力應(yīng)大于140 kN，支柱鉆底深度如果超過(guò)100 mm，工作人員需要穿鐵鞋進(jìn)行支設(shè)，為了確保安全質(zhì)量，工作人員在支設(shè)好后要拴好防倒鉤。工作面要預(yù)留安全出口通道，出口的寬度至少為0.8 m，高度至少為1.8 m。

圖3 巷道支護(hù)斷側(cè)視面

工作面上下端頭的支架，與煤壁的外側(cè)之間，使用密集單體切頂?shù)姆绞竭M(jìn)行支護(hù)，2 段密集支柱間隙，需要設(shè)置出口，寬度至少為0.5 m。切頂柱需要支設(shè)為2 排，支柱的初撐力不得小于140 kN，并隨著支護(hù)工作的推進(jìn)，及時(shí)回撤前移切頂柱。放頂回撤標(biāo)準(zhǔn)為：運(yùn)輸順槽切頂柱與機(jī)頭端頭支架切頂線平齊，超前或滯后切頂線距離不得超過(guò)0.6 m；回風(fēng)順槽切頂柱與機(jī)尾端頭支架切頂線平齊，滯后不得超過(guò)0.6 m。作業(yè)時(shí)，要嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫問(wèn)頂”和“先支后回”制度，安排專人對(duì)頂板核查。當(dāng)工作面兩端頭出現(xiàn)壓力偏大，工作人員需要在切頂柱支護(hù)的基礎(chǔ)上加戧柱，從而保障支護(hù)的穩(wěn)定性。

在端頭支架距巷道支護(hù)大于0.5 m 時(shí)，要支設(shè)端頭補(bǔ)強(qiáng)單體支護(hù)，距端頭支架0.5 m 處支設(shè)邁步梁（由1.2 m 鉸接梁和2.6 mπ 型鋼梁組成），每組梁下支設(shè)3 根單體柱補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)確保端頭支護(hù)強(qiáng)度。梁長(zhǎng)度3.8 m，單體型號(hào)DW35（40）-110X。

3.2 順槽架棚支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)措施

兩順槽頂板下沉嚴(yán)重時(shí)，及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定支護(hù)方式，支柱要支在硬底，穿鐵鞋使用好防倒鉤，支柱初撐力不得小于140 kN。

順槽圍巖較破碎時(shí)，可采取注漿加固、補(bǔ)打注漿錨索或恒阻錨索等技術(shù)手段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，確保工作面安全正?；夭?。

4 支護(hù)效果

10209（2 ）孤島工作面回采巷道最優(yōu)的支護(hù)方案為架棚排距800 mm，巷幫錨桿間距1 000 mm，排距800 mm，每排2 根；在保證巷道施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的前提下，完善回采巷道圍巖控制技術(shù)體系，采用上述支護(hù)方案，有利于10209（2）孤島工作面安全高效回采；采用“錨網(wǎng)+工字鋼棚”聯(lián)合支護(hù)方案是合理的，可滿足礦井安全生產(chǎn)的需求；10209（2）孤島工作面雖然受兩側(cè)采空區(qū)及鄰近斷層的影響，但工作面采掘過(guò)程中發(fā)生沖擊危險(xiǎn)性的概率小。該研究成果不僅具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，也可為其它類似孤島工作面回采巷道圍巖控制提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié) 論

為了保證巷道圍巖的穩(wěn)定，針對(duì)10209（2）孤島工作面回采巷道，使用“錨網(wǎng)+工字鋼棚”支護(hù)方案，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置支護(hù)參數(shù)，并對(duì)工作面采取一定的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施，結(jié)果表明,這種支護(hù)方案對(duì)巷道周圍煤體變形具有良好的控制作用，可以避免采掘過(guò)程發(fā)生沖擊性的危險(xiǎn)，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。